Operative Verwendung merkmalbasierter Information in der Automatisierung

  • Operative use of property-based information in automation

Kampert, David; Epple, Ulrich (Thesis advisor); Diedrich, Christian (Thesis advisor)

Als Manuskript gedruckt. - Düsseldorf : VDI Verlag (2017)
Buch, Doktorarbeit

In: Mess-, Steuerungs- und Regeltechnik 1256
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource (X, 124 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2017

Kurzfassung

In dieser Arbeit wird ein neuartiges Konzept für die Kommunikation technischer Merkmale vorgestellt. Das Konzept erlaubt industriellen Automatisierungssystemen, Informationen über technische Merkmale mittels IEC 61131-konformer Programmierung von Fremdsystemen abzufragen. Die Arbeit erläutert die theoretischen Grundlagen, das Gesamtkonzept und Aspekte der Integration für die industrielle Automatisierung. Geräte und Systeme im industriellen Umfeld werden vermehrt kommunikationsfähig und mit Netzwerken verbunden. Diese Konnektivität wird meist für den Zugriff auf Automatisierungssysteme von außen benutzt, aber auch die Automatisierungssysteme selbst können von den dadurch zugänglichen Daten profitieren, indem sie operativ notwendige oder nutzenbringende Information durch das Netz von Fremdsystemen abfragen. Beispielsweise kann eine Anlagensteuerung die notwendige Information zur Herstellung einer Produktvariante selbst und zum richtigen Zeitpunkt erfragen, ohne aktiv von außen mit der Information versorgt werden zu müssen. Solche Abfragen sind nach heutigem Stand der Technik aber aufwändig einzurichten, zu warten und nicht flexibel. Die Vernetzung birgt also großes Potenzial für die Automatisierung, das Verhältnis von Aufwand und Nutzen ist aber ungünstig. Eine große Vereinfachung wäre eine Standardisierung der von Automatisierungssystemen ausgehenden Kommunikation. Während in technischer Hinsicht bereits Lösungen existieren, fehlt es in semantischer Hinsicht an Standards. Die Bedeutung von Information aus einem Fremdsystem, beispielsweise Information über ein Produktmerkmal, muss vorab bekannt sein, was mit steigender Anzahl vernetzter Systeme schwieriger wird. Weil ein großer Teil der Kommunikationsinhalte, die für ein Automatisierungssystem operativ nutzbar sind, technische Merkmale betrifft, sind diese der Ausgangspunkt für das in dieser Arbeit vorgestellte Konzept. Heute sind umfangreiche Merkmaldefinitionen durch Normen und Standards verfügbar (z.B. IEC 61360 und eCl@ss). In der Wissenschaft existiert außerdem eine klare Vorstellung davon, wie das Prinzip der Modellierung durch Merkmale grundsätzlich funktioniert. Für die operative Nutzung dieser Daten und Modelle in der Automatisierung gibt es aber kein Konzept. Grundlage dieser Arbeit ist der aktuelle Stand von Wissenschaft, Technik und industriell angewandten Normen und Standards. Dieser wird in den ersten Kapiteln der Arbeit in Hinblick auf das Gesamtkonzept vorgestellt und erläutert. Im Detail sind dies theoretische Grundlagen zu Merkmalmodellen und Informationssystemen sowie die praktische Anwendung von Merkmalmodellen, Abfragesprachen, Software-Systemen im industriellen Umfeld und in die Programmierung von Automatisierungssystemen. Ausgehend davon werden Anforderungen an das zu entwickelnde Konzept und die Implementierung und Integration abgeleitet. Der erste Schritt zur Lösung ist die Definition einer Abfragesprache für technische Merkmale, die sich auf ein vorhandenes allgemeines Metamodell für Merkmale bezieht. Die Abfragesprache hat die relationale Algebra als formale Basis. Die Operationen der Sprache bestehen aus Grundoperationen, die durch theoretische Überlegungen und technische Umsetzung motiviert sind sowie aus erweiterten Operationen, die durch die praktische Anwendung motiviert sind und auf den Grundoperationen aufbauen. Anschließend wird die Integration entsprechender Abfragen in IEC 61131-kompatible Automatisierungssysteme erläutert. Die Operationen werden als Typen von Funktionsbausteinen spezifiziert, so dass Abfragen von Merkmalinformation durch Funktionsbausteine programmiert werden können. Schnittstellen und Ausführungssemantik werden spezifiziert. Letztlich werden der Entwurf und die Integration eines Servers zur Verarbeitung dieser Abfragen diskutiert. Die Integration in das IT-Umfeld einer industriellen Produktionsanlage wird dabei ebenso betrachtet wie Grundzüge der internen Softwarearchitektur. Die Arbeit schließt mit Anwendungsbeispielen und einer kritischen Diskussion des Konzepts.

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